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STUDIES OF QUALITY AND NUTRIENT USE EFFICIENCY IN VEGETABLE CROPS GROWN UNDER DIFFERENT SUSTAINABLE CROPPING SYSTEM
Full text linkLo scopo del progetto di dottorato è stato quello di valutare gli effetti a livello fisiologico, biochimico e molecolare di prodotti biostimolanti su ortaggi da foglia (lattuga e rucola) e di approfondire la conoscenza sulla loro modalità di azione. La prima parte del lavoro ha riguardato lo studio degli effetti di estratti acquosi di foglie (LE) e fiori (FE) di Borago officinalis L. su piante di lattuga, attraverso l’utilizzo di tecniche di fenomica, agronomia, fisiologia e biochimica. I risultati ottenuti hanno mostrato come gli estratti di borragine siano in grado di aumentare il metabolismo primario e secondario nelle piante trattate. La concentrazione di flavonoidi totali, fenoli e proteine totali, come anche l’attività in vitro della PAL e dei relativi livelli di proteine hanno mostrato un aumento a seguito dei trattamenti, in particolare dopo l’applicazione dell’estratto a base di fiori di borraggine. L’estratto di fiori si è dimostrato efficace anche nel prevenire la degradazione dei pigmenti fotosintetici durante la conservazione post raccolta di foglie di lattuga. Si può quindi affermare che gli estratti a base di borragine, in particolare l’estratto a base di fiori, sembrano possedere attività biostimolante su piante di lattuga. Gli stessi estratti sono stati applicati anche su piante di rucola, per verificare l’influenza dei trattamenti sul metabolismo del nitrato e osservare le risposte indotte a livello molecolare. È stata effettuata l’analisi dell’espressione genica dei principali geni che codificano per gli enzimi coinvolti nel metabolismo del nitrato (nitrato reduttasi DtNR, nitrito reduttasi DtNiR, glutammato sintasi DtGLU, glutammina sintetasi DtGS1, trasportatore del nitrato DtNTR). Il risultato più interessante è stato, a livello biochimico, la marcata riduzione della concentrazione di nitrato nelle foglie di rucola a seguito dei trattamenti, influenza confermata anche dall’incremento dell’attività della nitrato reduttasi in vivo. I trattamenti hanno influenzato anche l’espressione dei geni studiati, confermando che gli estratti testati hanno un ruolo nei processi fisiologici in cui tali geni sono coinvolti. Sono state anche svolte analisi mirate ad una migliore caratterizzazione gli estratti. È stata valutata l’attività ormono-simile degli estratti su mutanti di mais e, considerando le numerose proprietà attribuite alla borragine, è stata anche testata la possibile attività allelopatica degli estratti sulla germinazione di differenti specie erbacee. L’estratto a base di foglie ha mostrato un moderato effetto auxino-simile. Entrambi gli estratti di borragine sembrano possedere un effetto di inibizione sulla germinazione delle specie testate.
È stata inoltre condotta un’attività in collaborazione con un’azienda multinazionale per valutare l’efficacia di alcuni biostimolanti commerciali e prototipi sulla qualità di ortaggi da foglia e sulla protezione contro stress di tipo abiotico (in particolare stress salino).The purpose of the Ph. D. research project was to investigate the effects of biostimulant products on leafy vegetables (lettuce and rocket) and deepen the knowledge on their mode of action. The first part of the work regarded the further deepening of the effects of aqueous extracts obtained from leaves (LE) and flowers (FE) of Borago officinalis L. on lettuce, involving phenomic, agronomic, physiological, and biochemical aspects. Results showed that borage extracts enhanced the primary metabolism. Total flavonoids and phenols, as well as the total protein levels, the in vitro PAL specific activity, and the levels of PAL-like polypeptides increased by all borage extracts, with particular regards to FEs. FEs also proved efficient in preventing degradation and inducing an increase in photosynthetic pigments during storage. In conclusion, borage extracts, with particular regard to the flower ones, appear indeed to exert biostimulant effects on lettuce. The borage extracts were also applied on rocket plants, to investigate the influence of treatments on nitrate assimilation pathway and on the molecular responses. Gene expression analysis of the main enzymes involved in the nitrate metabolism (DtNR, DtNiR, DtGLU, DtGS1, DtNTR) was evaluated. From the biochemical point of view, the most interesting result was surely the substantial reduction of nitrate level caused by both extracts, confirmed also by the increment of the NR in vivo activity. Borage treatments influenced also the gene expression, confirming that extracts have a role in the physiological processes in which the considered genes are involved.
In addition, work regarding borage extracts characterization was carried out. The auxin- and gibberellin-like activity of extracts on maize mutants was explored and, due to the multitude properties attributed to borage, the allelopathic effects of borage extracts on seeds germination of different plant species was investigated. LE treatment seems to possess a slight auxin-like activity. The bioassay on allelopathic properties of borage LE and FE demonstrated that they exert an effect on seeds germination (inhibition effect).
The work included also an activity carried out in collaboration with a private company to study the effectiveness of commercial biostimulants and prototypes on leafy vegetables quality and protection against abiotic stresses (salt stress)
Evaluation of postharvest storage and treatments in cut ruscus foliage
Full text linkDanae racemosa (L.) Moench is an important cut foliage in the ornamental market. During postharvest, leaf
senescence symptoms are leaf yellowing, weight loss and/or abscission of leaves. The aim of this work was to evaluate
the effect of pre-treatments for 24 h with glycerol and Thidiazuron (TDZ) on Danae vase life before and after storage.
Treatments were applied in vase water containing glycerol 0.1, 1 or 10 mM, 10 μM TDZ and a combined treatment of 10
μM TDZ plus 10 mM glycerol. The effect of treatments was evaluated through the determination of vase life, chlorophyll
content, chlorophyll a fluorescence parameters, sucrose and total sugars content. The cut foliage were stored in sealed
plastic bags and placed in a dark room at 4°C for two months. The vase life, before and after storage, was determined in
a controlled chamber set to 20°C and RH 50-60% with a light intensity of 20 μmol m-2 s-1. Results demonstrated that 10
μM TDZ plus 10 mM glycerol was the most effective treatment in maintaining quality during vase life of stored and not
stored cut foliage
Borage extracts affect nitrate metabolism in rocket
No full textBiostimulants are products capable to stimulate plant development, improve the nutrient use efficiency and counteract stress factors. These products may influence plant metabolism, for example acting on the regulation of enzymes involved in nitrate (NO3) metabolism. The present work was conducted by using aqueous extracts of leaves (LE) or flowers (FE) of Borago officinalis L. (500 g of plant material macerated in 1 L of water) to assess their effects as biostimulant on rocket plants (Diplotaxis tenuifolia L.) grown in floating system. Treatments were: water (control); 10 mL L-1 LE; 10 mL L-1 FE. Extracts were applied as spray (until run off) onto leaves twice, 35 days after sowing and 1 day before harvest (45 days after sowing). The experiment was mainly focused on the influence of treatments on nitrate levels; rocket is in fact a hyperaccumulator of nitrate and so it is very important to reduce this compound in leaves. To screen the effect of the extracts, several analyses (among which nitrate concentration, sugars, chlorophyll, and carotenoids levels) were done on leaves at harvest. From the biochemical point of view, the most interesting result was the substantial reduction of NO3 level caused by both extracts. This result was consistent with the increment of the nitrate reductase (NR) in vivo activity observed at harvest. Considering these results, a set of genes encoding for the key enzymes involved in nitrate metabolism were selected and studied, such as nitrate reductase (DtNR), nitrite reductase (DtNiR), glutamine synthetase (DtGS1), glutamate synthase (DtGLU), and nitrate transporter (DtNTR). Sampling was performed 2, 4, 6, 9 and 24 h after the second treatments, to evaluate the molecular response over time and to identify the peaks of expression. Borage treatments influenced the expression of these genes, confirming that these extracts have a role in the regulation of NO3 metabolism, at several levels
Studi di fisiologia postraccolta per migliorare la qualità e la conservazione di fronde recise di ruscus racemosus
No full textRuscus racemosus è una delle specie maggiormente vendute in Italia come fronda recisa. Tra i problemi principali nel post-raccolta si riscontra la senescenza fogliare che si manifesta con ingiallimento, perdita di peso e/o abscissione delle foglie. Obiettivo del lavoro è stato quello di valutare l’effetto di pre-trattamenti di 24 ore, con acqua distillata e differenti concentrazioni di Glicerolo e Thidiazuron (TDZ) sulla durata in vaso e sul mantenimento della qualità durante la conservazione. Oltre ad un testimone non trattato, sono state utilizzate soluzioni di glicerolo 0,1 mM, 1 mM, 10 mM, TDZ 10 μM e una miscela di TDZ 10 μM e glicerolo 10 mM. L’effetto di tali trattamenti è stato valutato attraverso la determinazione dei pesi delle fronde, della fluorescenza della clorofilla a, del contenuto in clorofilla totale, saccarosio, zuccheri riducenti e totali. Dopo il trattamento è stata studiata sia la durata senza conservazione, ponendo le fronde recise in vaso, con sola acqua distillata, in una camera termostatata a 20°C e umidità relativa variabile da 50-60%, sia la conservazione in busta termosaldata di polietilene per 60 gg in cella frigorifera a 4°C, per valutare la possibilità di mantenere in cella le fronde prima della distribuzione al consumatore finale, garantendo un’adeguata offerta di Ruscus in quasi tutti i mesi dell’anno, considerando che il periodo produttivo inizia a settembre e termina ad aprile-maggio. Il trattamento con glicerolo ha influenzato positivamente i parametri presi in esame ma la combinazione più efficace è risultata essere TDZ 10 μM + glicerolo 10 mM, in quanto capace anche di ritardare l’ingiallimento fogliare. La prova di conservazione in cella a 4 °C con questo trattamento combinato ha permesso di mantenere le fronde per circa 80 giorni; il risultato ottenuto ha forte valenza commerciale se si vuol coprire i periodi di mancata produzione con del prodotto conservato
Borage Extracts as Biostimulants of Plant Growth and Development
No full textPlants can be an important source of bioactive compounds that can be used for several purposes. In agriculture, there is an increasing interest in biostimulant production as innovative agronomic tools to enhance crop productivity and tolerance against abiotic stresses. Biostimulants are usually obtained from raw materials rich in bioactive molecules, and botanicals can represent a source for the industrial production of biostimulants. Among the different plant species, there is a particular interest in borage (Borago officinalis L.) since is rich in bioactive compounds and has been largely used in popular medicine and in the foodstuff. Recently, borage has been used for biostimulant production. The bioactive compounds have been extracted through maceration in water. The extract has been active in the increase yield and stimulating the plant secondary metabolism. The application of borage extract increased the yield and photosynthesis of lettuce, and at biochemical level the activation of phenylpropanoids with an increase in antioxidant compounds with positive effect of produce quality was done
Marcatori molecolari associati alla qualità di melone di IV gamma
No full textIl melone (Cucumis melo L.) è un ortaggio largamente diffuso in tutto il mondo sia sotto forma di frutto fresco sia di prodotto di IV gamma. La durata di conservazione dei frutti tagliati è generalmente limitata a pochi giorni (4-5), se correttamente conservati (4-5 °C). In questo lavoro di ricerca, svolto nell’ambito del progetto 7PQ- QUAFETY, frutti di melone sono stati utilizzati come modello per identificare marcatori molecolari che possano essere associati alle perdite di qualità durante la conservazione. Entro due ore dalla raccolta frutti appartenenti alla cultivar ‘Macigno’ sono stati privati della buccia, tagliati a pezzi omogenei e confezionati in scatole di plastica avvolte da film plastico al fine di riprodurre le procedure seguite dall’industria della IV gamma. Sono state testate due temperature di conservazione in modo da simulare una condizione ottimale (4 °C) ed una impropria (20 °C).
L’RNA totale è stato estratto dai campioni conservati alle diverse temperature e a diversi tempi durante la conservazione. Analisi preliminari basate sulla comparazione di dati ottenuti nell’ambito dello stesso progetto, su ortaggi a foglia, hanno permesso di isolare geni la cui espressione è risultata essere legata a condizioni di stress. Tali geni codificano per proteine associate alla senescenza, a processi degenerativi e alla perdita di qualità. I risultati ottenuti tramite qPCR saranno messi in relazione con parametri fisiologici considerati come indici di stress e misurati sugli stessi campioni (ad esempio la produzione di perossido di idrogeno e ione superossido)
ONE, concime completo per la lattuga coltivata in orti famigliari e urbani
No full textThe cultivation of vegetables in the garden or on the balcony for own production is often performed as hobby from persons without any agricultural knowledge. Therefore the good agricultural practies are not followed. The most part of the growing practices are approximate, in particular fertilization. In this work a complete fertilizer has been evaluated for providing the mineral nutrients required from vegetables and stimulate the nutrient use efficiency. The product tested is ONE® commercialized from Valagro S.p.A. compared with control fertilized with the minimum lettuce requirements and solutions having the same concentrations of macro-nutrients present in ONE®. In order to separate the nutritional effect from the biostimulant effects.
Results showed that ONE treatments were able to speed up the growing rate of plants and these reached the commercial maturity earlier than other treatments. The yield in ONE® treatments were higher reaching 320 g/plant or 3 kg/m2 compared to 141 g/plant or 1.3 kg/m2 of the control. The chlorophyll content was higher in ONE treatments having a positive effect on the visual appearance of the vegetables. The nitrate content was very low below 500 mg/kg FW, much lower than the commercialization law limits. The sucrose content was higher in outer leaves compared the inner leaves, while opposite results were found for total sugars. In conclusion considering the yield and quality parameters the ONE at the 50% of the dose suggested on the label gave the best results in Iceberg lettuce
Valutazione di alcune erbe spontanee per la produzione di micro-ortaggi
No full textI micro-ortaggi, una delle ultime innovazioni di prodotto nel settore orticolo, sono germogli di specie soprattutto ortive ma non solo, tagliati subito sopra la radice non appena si sono sviluppate le prime foglie e i cotiledoni sono ancora teneri. Vengono consumati crudi, come elementi di guarnizione dei piatti o per arricchire insalate. Un aspetto che li rende particolarmente interessanti dal punto di vista gastronomico e nutrizionale è la grande varietà di forme, colori, consistenze, sapori e composizione chimica che essi possono offrire, in relazione all’elevato numero di specie utilizzabili. Infatti, oltre alle piante ortive si possono impiegare come micro-ortaggi le specie aromatiche, alcuni cereali, pseudocereali, legumi, oleaginose (girasole) e perfino piante da fibra come il lino. Numerose erbe spontanee, tradizionalmente utilizzate nella cucina popolare, potrebbero essere valorizzate attraverso la produzione di microortaggi, contribuendo al contempo ad ampliarne ulteriormente la gamma.
In questo lavoro vengono presentati i risultati di una prova di coltivazione idroponica di alcune specie spontanee, Taraxacum officinale F. H. Wigg., Sanguisorba minor Scop. e Sinapis arvensis L., finalizzata all’ottenimento di micro-ortaggi. I semi delle suddette specie, previa disinfezione con ipoclorito di sodio, sono stati seminati in contenitori alveolati in polistirolo da 448 fori in quantitativi tali da ottenere, in base alla germinabilità precedentemente determinata, una densità di circa 8 piante ad alveolo. I contenitori sono stati posti a galleggiare in vasche contenenti 30 mm di soluzione nutritiva Hoagland a mezza forza oppure acqua di rubinetto. Le piante sono state raccolte al raggiungimento dello stadio di micro-ortaggi, e sottoposte a valutazione di aspetti quantitativi e qualitativi
Chlorophyll a fluorescence, photosynthesis activity and chlorophyll content in senescing leaves
No full textLeaf senescence is the last step of leaf development and can be induced by many genetic and environmental factors. The chloroplast and many leaf pigments undergo a progressive degeneration. The leaf functionality is slowed down and several physiological processes are altered. The chlorophyll a fluorescence and its derivate indexes can be used to monitor leaf senescence. The loss of leaf functionality is tightly correlated with the photosynthetic activity. The chlorophyll a fluorescence and its derived parameters can be suggested as tool to monitor the leaf senescence. Natural and induced senescence such as dark incubation, detachment, salinity stress, ethylene exposure, heavy metal stress etc. will be taken in consideration. The physiological, biochemical and molecular basis connected with the photosynthesis and chlorophyll fluorescence will be described and discussed
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